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KR102111206B1 - 플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR102111206B1
KR102111206B1 KR1020180105155A KR20180105155A KR102111206B1 KR 102111206 B1 KR102111206 B1 KR 102111206B1 KR 1020180105155 A KR1020180105155 A KR 1020180105155A KR 20180105155 A KR20180105155 A KR 20180105155A KR 102111206 B1 KR102111206 B1 KR 102111206B1
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probe device
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wall
antenna
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도모히토 고마츠
유키 오사다
히로유키 미야시타
스스무 사이토
가즈히로 후루키
미키오 사토
에이키 가마타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 가스의 침입을 회피하는 플라즈마 프로브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 안테나부와, 상기 안테나부에 접속되는 전극과, 유전체로 형성되고, 상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부를 갖고, 상기 안테나부와 상기 벽 또는 상기 탑재대의 대향면을 소정의 폭으로 격리하고, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 상기 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는 플라즈마 프로브 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROBE DEVICE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 플라즈마의 상태를 측정하기 위한 프로브를 챔버 내에 삽입하고, 측정용 전원으로부터 측정용 전력을 챔버 내에 공급하는 것에 의해 플라즈마의 상태를 측정하는 것이 행해지고 있다(예컨대, 특허 문헌 1~3을 참조). 예컨대, 특허 문헌 1에 개시된 프로브는, 전력을 방사하는 안테나와, 측정용 전력을 전송하는 동축 케이블과, 선단이 닫힌 유전체제의 튜브로 구성되고, 유전체제의 튜브 내에 안테나와 동축 케이블이 접속되어 삽입되어 있다. 그 배치된 프로브에 의해 플라즈마를 생성했을 때의 플라즈마의 거동이 감지된다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-55324호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2005-277397호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 평 6-68825호 공보
그렇지만, 종래의 프로브 구조에서는, 챔버의 벽을 따라 또는 챔버의 벽보다 플라즈마 생성 공간 쪽으로 돌출하여 프로브가 배치되어 있다. 이 때문에, 플라즈마 생성 공간에 면하여 배치된 프로브와 챔버의 벽의 사이에 생기는 극간에, 가스나 플라즈마 처리 시에 생성된 생성물 등이 들어가기 쉽고, 파티클이 발생하는 원인이 된다.
또한, 종래의 프로브 구조에서는, 프로브의 내부에 가스가 침입하여, 프로브의 내부의 부식에 의한 성능 열화 및 성막 잔사가 발생할 염려가 있다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 가스의 침입을 회피하는 플라즈마 프로브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 태양에 의하면, 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 안테나부와, 상기 안테나부에 접속되는 전극과, 유전체로 형성되고, 상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부를 갖고, 상기 안테나부와 상기 벽 또는 상기 탑재대의 대향면을 소정의 폭으로 격리하고, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 그 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는 플라즈마 프로브 장치가 제공된다.
다른 태양에 의하면, 마이크로파 플라즈마원에 있어서의 출력부로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기 내에 방사하는 복수의 마이크로파 방사 기구와, 플라즈마 프로브 장치를 갖는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 플라즈마 프로브 장치는, 상기 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 안테나부와, 상기 안테나부에 접속되는 전극과, 유전체로 형성되고, 상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부를 갖고, 상기 안테나부와 상기 벽 또는 상기 탑재대의 대향면을 소정의 폭으로 격리하고, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 그 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 의하면, 가스의 침입을 회피하는 플라즈마 프로브 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태와 관련되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 천정부의 내벽의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치의 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치의 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치에 의한 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 형태와 관련되는 프로브 측정에 의한 플라즈마 전자 온도의 전력 의존성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 형태와 관련되는 프로브 측정에 의한 플라즈마 전자 밀도의 전력 의존성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 형태의 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 형태의 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[마이크로파 플라즈마 처리 장치]
도 1은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 단면도의 일례를 나타낸다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 반도체 웨이퍼 W(이하, "웨이퍼 W"라고 한다.)를 수용하는 처리 용기(챔버)(1)를 갖는다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 마이크로파에 의해 처리 용기(1)의 천정부의 내벽면에 형성되는 표면파 플라즈마에 의해, 웨이퍼 W에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 일례이다. 소정의 플라즈마 처리로서는, 성막 처리, 에칭 처리 또는 애싱 처리 등이 예시된다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(1)와 마이크로파 플라즈마원(2)과 제어 장치(3)를 갖는다. 처리 용기(1)는, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 대략 원통 형상의 용기이고, 접지되어 있다.
처리 용기(1)는, 본체부(10)를 갖고, 내부에 플라즈마의 처리 공간을 형성한다. 본체부(10)는, 처리 용기(1)의 천정부를 구성하는 원반 형상의 천판이다. 처리 용기(1)와 본체부(10)의 접촉면에는 지지 링(129)이 마련되고, 이것에 의해, 처리 용기(1)의 내부는 기밀하게 밀봉되어 있다. 본체부(10)는, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 형성되어 있다.
마이크로파 플라즈마원(2)은, 마이크로파 출력부(30)와 마이크로파 전송부(40)와 마이크로파 방사 기구(50)를 갖는다. 마이크로파 출력부(30)는, 복수 경로로 분배하여 마이크로파를 출력한다. 마이크로파는, 마이크로파 전송부(40)와 마이크로파 방사 기구(50)를 지나서 처리 용기(1)의 내부에 도입된다. 처리 용기(1) 내에 공급된 가스는, 도입된 마이크로파의 전계에 의해 여기되고, 이것에 의해 표면파 플라즈마가 형성된다.
처리 용기(1) 내에는 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(11)가 마련되어 있다. 탑재대(11)는, 처리 용기(1)의 저부 중앙에 절연 부재(12a)를 사이에 두고 세워진 통 형상의 지지 부재(12)에 의해 지지되어 있다. 탑재대(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로서는, 표면을 알루마이트 처리(양극 산화 처리)한 알루미늄 등의 금속이나 내부에 고주파용의 전극을 갖는 절연 부재(세라믹스 등)가 예시된다. 탑재대(11)에는, 웨이퍼 W를 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 웨이퍼 W의 이면에 열 전달용의 가스를 공급하는 가스 유로 등이 마련되더라도 좋다.
탑재대(11)에는, 정합기(13)를 거쳐서 고주파 바이어스 전원(14)이 접속되어 있다. 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 탑재대(11)에 고주파 전력이 공급되는 것에 의해, 웨이퍼 W 쪽에 플라즈마 중의 이온이 끌어들여진다. 또, 고주파 바이어스 전원(14)은 플라즈마 처리의 특성에 따라서는 마련하지 않더라도 좋다.
처리 용기(1)의 저부에는 배기관(15)이 접속되어 있고, 배기관(15)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 배기 장치(16)를 작동시키면 처리 용기(1) 내가 배기되고, 이것에 의해, 처리 용기(1) 내가 소정의 진공도까지 고속으로 감압된다. 처리 용기(1)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입출을 행하기 위한 반입출구(17)와, 반입출구(17)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
마이크로파 전송부(40)는, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 전송한다. 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면을 나타내는 도 2를 참조하면, 마이크로파 전송부(40) 내의 중앙 마이크로파 도입부(43b)는, 본체부(10)의 중앙에 배치되고, 6개의 주연 마이크로파 도입부(43a)는, 본체부(10)의 주변에 원주 방향으로 동일 간격으로 배치된다. 중앙 마이크로파 도입부(43b) 및 6개의 주연 마이크로파 도입부(43a)는, 각각에 대응하여 마련되는, 도 1에 나타내는 앰프부(42)로부터 출력된 마이크로파를 마이크로파 방사 기구(50)에 도입하는 기능 및 임피던스를 정합하는 기능을 갖는다. 이하, 주연 마이크로파 도입부(43a) 및 중앙 마이크로파 도입부(43b)를 총칭하여, 마이크로파 도입부(43)라고도 한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 6개의 유전체층(123)은, 6개의 주연 마이크로파 도입부(43a)의 아래쪽에 본체부(10)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 1개의 유전체층(133)은, 중앙 마이크로파 도입부(43b)의 아래쪽에 본체부(10)의 내부에 배치되어 있다. 또, 주연 마이크로파 도입부(43a) 및 유전체층(123)의 개수는 6개에 한하지 않고, 2개 이상일 수 있다. 단, 주연 마이크로파 도입부(43a) 및 유전체층(123)의 개수는 3개 이상이 바람직하고, 예컨대 3개~6개이더라도 좋다.
도 1에 나타내는 마이크로파 방사 기구(50)는, 유전체 천판(121, 131), 슬롯(122, 132) 및 유전체층(123, 133)을 갖는다. 유전체 천판(121, 131)은, 마이크로파를 투과시키는 원반 형상의 유전체로 형성되고, 본체부(10)의 상면에 배치되어 있다. 유전체 천판(121, 131)은, 비유전율이 진공보다 큰, 예컨대, 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 유전체 천판(121, 131) 내를 투과하는 마이크로파의 파장을, 진공 중을 전파하는 마이크로파의 파장보다 짧게 하여 슬롯(122, 132)을 포함하는 안테나를 작게 하는 기능을 갖는다.
유전체 천판(121, 131)의 아래에는, 본체부(10)에 형성된 슬롯(122, 132)을 사이에 두고 유전체층(123, 133)이 본체부(10)의 개구의 이면에 맞닿아 있다. 유전체층(123, 133)은, 예컨대, 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 형성되어 있다. 유전체층(123, 133)은, 본체부(10)에 형성된 개구의 두께만큼 천정면으로부터 들어간 위치에 마련되고, 마이크로파를 플라즈마 생성 공간 U에 공급하는 유전체창으로서 기능한다.
주연 마이크로파 도입부(43a) 및 중앙 마이크로파 도입부(43b)는, 통 형상의 외측 도체(52) 및 그 중심에 마련된 봉 형상의 내측 도체(53)를 동축 형상으로 배치한다. 외측 도체(52)와 내측 도체(53)의 사이에는, 마이크로파 전력이 급전되고, 마이크로파 방사 기구(50)를 향해서 마이크로파가 전파하는 마이크로파 전송로(44)로 되어 있다.
주연 마이크로파 도입부(43a) 및 중앙 마이크로파 도입부(43b)에는, 슬래그(54)와, 그 선단부에 위치하는 임피던스 조정 부재(140)가 마련되어 있다. 슬래그(54)를 이동시키는 것에 의해, 처리 용기(1) 내의 부하(플라즈마)의 임피던스를 마이크로파 출력부(30)에 있어서의 마이크로파 전원의 특성 임피던스에 정합시키는 기능을 갖는다. 임피던스 조정 부재(140)는, 유전체로 형성되고, 그 비유전율에 의해 마이크로파 전송로(44)의 임피던스를 조정하도록 되어 있다.
본체부(10)에는, 샤워 구조의 가스 도입부(21)가 마련되어 있다. 가스 공급원(22)으로부터 공급되는 가스는, 가스 공급 배관(111)을 거쳐서 가스 확산실(62)로부터 가스 도입부(21)를 지나서, 처리 용기(1) 내에 샤워 형상으로 공급된다. 가스 도입부(21)는, 처리 용기(1)의 천정벽에 형성된 복수의 가스 공급 구멍(60)으로부터 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드의 일례이다. 가스의 일례로서는, 예컨대 Ar 가스 등의 플라즈마 생성용의 가스나, 예컨대 O2 가스나 N2 가스 등의 고에너지로 분해시키고 싶은 가스, 실란 가스 등의 처리 가스를 들 수 있다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부는, 제어 장치(3)에 의해 제어된다. 제어 장치(3)는, 마이크로프로세서(4), ROM(Read Only Memory)(5), RAM(Random Access Memory)(6)을 갖고 있다. ROM(5)이나 RAM(6)에는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피가 기억되어 있다. 마이크로프로세서(4)는, 프로세스 시퀀스 및 프로세스 레시피에 근거하여, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어하는 제어부의 일례이다. 또한, 제어 장치(3)는, 터치 패널(7) 및 디스플레이(8)를 갖고, 프로세스 시퀀스 및 프로세스 레시피에 따라 소정의 제어를 행할 때의 입력이나 결과의 표시가 가능하게 되어 있다.
이러한 구성의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서 플라즈마 처리를 행할 때에는, 우선, 웨이퍼 W가, 반송 암 상에 유지된 상태에서, 개구한 게이트 밸브(18)로부터 반입출구(17)를 지나서 처리 용기(1) 내에 반입된다. 게이트 밸브(18)는 웨이퍼 W를 반입 후에 닫힌다. 웨이퍼 W는, 탑재대(11)의 위쪽까지 반송되면, 반송 암으로부터 푸셔 핀에 옮겨지고, 푸셔 핀이 강하하는 것에 의해 탑재대(11)에 탑재된다. 처리 용기(1)의 내부의 압력은, 배기 장치(16)에 의해 소정의 진공도로 유지된다. 처리 가스가 가스 도입부(21)로부터 샤워 형상으로 처리 용기(1) 내에 도입된다. 주연 마이크로파 도입부(43a) 및 중앙 마이크로파 도입부(43b)를 거쳐서 마이크로파 방사 기구(50)로부터 방사된 마이크로파가 천정벽의 내부 표면을 전파한다. 표면파가 되어 전파하는 마이크로파의 전계에 의해, 가스가 여기되고, 처리 용기(1) 쪽의 천정벽 아래의 플라즈마 생성 공간 U에 생성된 표면파 플라즈마에 의해 웨이퍼 W에 플라즈마 처리가 실시된다.
[플라즈마 프로브 장치]
처리 용기(1)의 측벽에는 원주 방향으로 복수의 개구부(1b)가 형성되고, 복수의 플라즈마 프로브 장치(70)가 설치되어 있다. 단, 처리 용기(1)에 설치되는 플라즈마 프로브 장치(70)는 1개이더라도 좋다. 플라즈마 프로브 장치(70)는, 플라즈마 생성 공간 U에서 생성되는 플라즈마를 감지한다. 감지 결과에 근거하여, 예컨대, 플라즈마 전자 온도 Te나 플라즈마 전자 밀도 Ne를 산출하고, 이것에 의해, 플라즈마의 거동을 추정할 수 있다.
플라즈마 프로브 장치(70)는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 외부에서 모니터 장치(80)에 접속되어 있다. 모니터 장치(80)는, 신호 발신기를 갖고, 신호 발신기에 의해 발신한 소정 주파수의 신호를 출력한다. 그 신호는, 동축 케이블(81)에 전송되고, 플라즈마 프로브 장치(70)에 전송되고, 플라즈마 프로브 장치(70)의 선단의 안테나부(71)로부터 플라즈마에 전송된다.
플라즈마 프로브 장치(70)는, 플라즈마 쪽에 전송하는 신호에 대하여, 플라즈마 쪽으로부터 반사되는 신호의 전류치를 검출하고, 모니터 장치(80)에 보낸다. 검출한 신호의 전류치는, 모니터 장치(80)로부터 제어 장치(3)에 송신되고, 제어 장치(3)의 마이크로프로세서(4)에 의해 FFT(주파수) 해석된다. 이것에 의해, 플라즈마 전자 온도 Te나 플라즈마 전자 밀도 Ne가 산출된다.
[플라즈마 프로브 장치의 구성]
다음으로, 플라즈마 프로브 장치(70)의 구성의 일례에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 플라즈마 프로브 장치(70)는, 처리 용기(1)의 측벽에 형성된 개구부(1b)에, O링(73)을 사이에 두고 설치되는 안테나부(71)와, 안테나부(71)에 접속되는 전극(72)과, 안테나부(71)를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부(74)를 갖는다.
안테나부(71)는, 플라즈마 프로브 장치(70)의 선단에 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 안테나부(71)의 선단은, 원반 형상 부재(71a)이고, O링(73)을 사이에 두고 개구부(1b)의 개구를 막도록 배치된다. O링(73)은, 수지 등의 유전체로 형성되어 있다. 단, 안테나부(71)의 선단은, 원반 형상에 한하지 않고, 예컨대, 직사각형 형상이더라도 좋다.
도 3의 아래쪽에, O링(73)의 주변의 안테나부(71)(원반 형상 부재(71a))와 처리 용기(1)의 벽의 대향면의 확대도를 나타낸다. 안테나부(71)의 선단면과 처리 용기(1)의 벽의 개구부(1b) 부근의 이면은 격리되어, 소정의 폭의 극간(1d)이 형성되어 있다.
이와 같이 안테나부(71)의 선단면과 처리 용기(1)의 벽의 사이에 극간(1d)이 형성되어 있지 않으면, 안테나부(71)가 처리 용기(1)의 벽과 DC적으로 접속되어 버린다. 그러면, 모니터 장치(80)로부터 전송된 신호의 전류가 처리 용기(1)의 벽에 흘러 버리고, 플라즈마에 흐르는 전류의 비율이 낮아진다. 그 결과, 안테나부(71)가, 플라즈마 프로브 장치(70)의 안테나로서 기능하지 않게 된다. 이 때문에, 안테나부(71)의 선단면과 처리 용기(1)의 벽의 개구부(1b) 부근의 이면에는, 소정의 폭의 극간(1d)이 형성되어 있다. 또, 안테나부(71)로부터 처리 용기(1)의 벽에 흐르는 신호의 전류를 "부유 전류"라고 한다.
교류 전류가 처리 용기(1)의 벽 쪽에 흐르더라도 안테나부(71)는, 플라즈마 프로브 장치(70)의 안테나로서 기능한다. 단, 플라즈마 프로브 장치(70)의 감도를 올리기 위해서는, 직류 전류뿐만 아니라, 교류 전류도 포함하여 부유 전류가 처리 용기(1)의 벽 쪽에 흐르지 않는 것이 좋다.
한편, 상기 극간(1d)이 너무 넓으면, 극간(1d)에 가스나 플라즈마가 들어가, 플라즈마에 의한 내식, 가스의 침입에 의한 파티클 및 이상 방전의 문제가 생긴다. 따라서, 극간(1d)은, 안테나부(71)가 처리 용기(1)의 벽과 DC적으로 접속되지 않을 정도로 넓은 공간으로서, 플라즈마나 가스가 들어가지 않을 정도로 좁은 공간으로 설계된다.
안테나부(71)는, 개구부(1b)가 형성된 처리 용기(1)의 내벽면보다 들어간 위치에 배치되고, 안테나부(71)의 표면은, 내벽면보다 들어간 위치에서 플라즈마 생성 공간 U 쪽으로 노출된다. 안테나부(71)의 표면을 들어가게 함으로써, 파티클의 발생원이 되는 안테나부(71)와 처리 용기(1)의 벽의 극간(1d)이 마련되는 위치를 웨이퍼 W로부터 멀리하도록 한다. 이것에 의해, 파티클의 발생과 가스의 플라즈마 프로브 장치(70)로의 침입을 막아, 파티클에 의한 플라즈마 처리의 특성에 대한 영향을 줄이고, 플라즈마에 의한 플라즈마 프로브 장치(70)의 내식을 저감할 수 있다. 또한, 안테나부(71)의 표면을 처리 용기(1)의 내벽면과 동일한 높이로 하지 않고 들어가게 함으로써, 처리 용기(1)의 내벽면을 전파하는 표면파 플라즈마의 모드 점프를 발생하기 어렵게 하고, 이상 방전을 회피할 수 있다.
또한, 안테나부(71)의 표면(선단면)으로서, 적어도 개구부(1b)로부터 O링(73)까지의 영역은, Y2O3의 용사에 의해 절연체의 막(76)으로 덮여 있다. 또한, 처리 용기(1)의 벽면으로서, 적어도 개구부(1b)의 측면으로부터 개구부(1b)의 이면을 지나서 O링(73)까지의 영역은, Y2O3의 용사에 의해 절연체의 막(1c)으로 덮여 있다.
이것에 의해, 더욱 안테나부(71)로부터 처리 용기(1)의 벽 쪽으로 직류 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다. 또한, 플라즈마 내성을 높일 수 있다. 또, 안테나부(71)의 O링(73)보다 대기 쪽의 면이나 처리 용기(1)의 내벽면을, 절연체의 막(77)에 의해 코팅하면, 플라즈마 내성이 향상되어 더 바람직하다. 절연체의 막(76, 77, 1c)은, 알루마이트 가공에 의해 형성되더라도 좋다.
O링(73)은, 개구부(1b) 쪽의 진공 공간과 플라즈마 프로브 장치(70)의 설치 쪽의 대기 공간의 사이를 밀봉한다. O링(73)은, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재의 일례이다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 안테나부(71)의 선단면에서 개구부(1b) 부근의 처리 용기(1)의 벽의 이면에 O링(73)을 대는 것에 의해, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하면서, 안테나부(71)와 처리 용기(1)의 벽의 극간에 가스가 들어가기 어렵게 한다. 이것에 의해, 파티클의 발생을 저감시킬 수 있다.
또한, 안테나부(71)와 처리 용기(1)의 벽의 극간에 부식성의 가스가 들어가면, 안테나부(71)를 부식시켜, 플라즈마 프로브 장치(70)의 성능을 저하시켜 버린다. 이상으로부터, 플라즈마 프로브 장치(70)를 처리 용기(1)의 개구부(1b)에 배치했을 때에, 가능한 한 플라즈마 프로브 장치(70)의 안쪽에 가스가 들어가지 않도록, O링(73)에 의한 진공 밀봉을 보다 개구부(1b)의 개구 부근에서 행하도록 되어 있다.
개구부(1b)의 크기에 대해서는, 넓게 개구될수록, 모니터 장치(80)로부터 전송된 신호의 전류가 부유 전류가 되지 않고서 플라즈마에 흐르는 비율이 높아지기 때문에, 안테나부(71)의 감도는 좋아진다. 한편, 넓게 개구될수록, 플라즈마나 가스가 안테나부(71) 쪽에 침입하기 쉬워지기 때문에, 부식성의 가스나 플라즈마에 의해 안테나부(71)가 부식하고, 플라즈마 프로브 장치(70)의 성능을 저하시키거나, 이상 방전이 발생하거나 할 우려가 있다. 또한, 플라즈마 프로브 장치(70)의 감도가 너무 좋으면, 예컨대 플라즈마 처리에 있어서 생성된 반응 생성물이 플라즈마 프로브 장치(70)의 표면 등에 부착되는 등, 처리 용기(1) 내의 시간에 따른 변화에 플라즈마 프로브 장치(70)의 측정 결과가 영향을 받아 버린다. 이것에 의해, 오히려 플라즈마의 상태를 정밀하게 측정할 수 없는 일이 있다. 따라서, 개구부(1b)의 개구는, 안테나부(71)의 감도와 가스나 플라즈마의 침입을 고려하여, 플라즈마의 상태를 정밀하게 측정할 수 있는 범위에서 적정치로 설계된다. 또한, 개구부(1b)의 형상은, 원이더라도 좋고, 직사각형이나 그 외의 형상이더라도 좋다.
전극(72)은, 안테나부(71)에 삽입되어, 플라즈마의 상태를 나타내는 전류치를 측정하고, 모니터 장치(80)에 전한다. 유전체 지지부(74)는, PTFE(polytetrafluoroethylene)에 의해 형성되어 있다. 유전체 지지부(74)는, 안테나부(71)를 둘러싸고, 안테나부(71)와 O링(73)을 고정하는 고정 부재의 일례이다. 유전체 지지부(74)는, 안테나부(71)와 O링(73)을 개구부(1b) 부근에 고정한 상태에서, 알루미늄 등의 금속의 부재(1a)를 처리 용기(1)의 벽에 나사 고정하여 고정된다.
본 실시 형태에서는, 유전체 지지부(74)는, 2개의 유전체 지지 파츠(74a, 74b)로 분리되어 있지만, 이것에 한하지 않고, 일체로 되어 있더라도 좋다. 또한, 예컨대, 유전체 지지부(74)는, 안테나부(71)의 원반 형상 부재(71a)를 외주 쪽으로부터 고정하는 유전체 지지 파츠(74a)뿐이더라도 좋다. 이 경우, 부재(1a)에 의해, 안테나부(71), 유전체 지지 파츠(74a) 및 O링(73)을 고정한다. 이 경우, 유전체 지지 파츠(74a)는, 공간이더라도 좋고, PTFE를 충전하더라도 좋다.
도 3의 원반 형상 부재(71a)의 직경 B에 대한 유전체 지지부(74)의 깊이 방향의 길이 C의 비는 약 1/2, 구체적으로는 0.44~0.54의 범위 중 어느 값으로 형성된다. 직경 B 및 길이 C가 작거나, 그 비율이 적정하지 않거나 하면, 전극(72)으로부터의 전류가 안테나부(71)를 지나서 플라즈마에 도달하지 않고, 감도가 나빠진다. 따라서, 직경 B 및 길이 C를 소정의 범위로 함으로써, 감도가 좋은 플라즈마 프로브 장치(70)를 제공할 수 있다.
플라즈마 프로브 장치(70)의 감도를 좋게 하기 위해서는, 안테나부(71)로부터 처리 용기(1)의 벽에 흐르는 부유 전류를 최소한으로 할 필요가 있다. 다시 말해, 부유 전류에 대한 플라즈마에 흐르는 전류의 비율을 높일수록 플라즈마 프로브 장치(70)의 감도가 좋아진다. 그래서, 부유 전류에 대한 플라즈마에 흐르는 전류의 비율을 높이기 위해, 개구부(1b)에 노출되는 안테나부(71)의 표면적은 큰 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 안테나부(71)의 선단면의 개구부(1b)로부터 노출되는 쪽의 영역에 오목부 또는 볼록부 중 적어도 하나를 형성하더라도 좋다. 혹은, 안테나부(71)의 선단면을 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 만곡시키더라도 좋다. 이것에 의해, 안테나부(71)의 표면적을 크게 할 수 있다. 이 결과, 모니터 장치(80)로부터 동일한 전력의 신호를 발신한 경우에도, 플라즈마에 흐르는 전류를 높일 수 있고, 플라즈마 프로브 장치(70)의 감도를 보다 양호하게 할 수 있다.
[플라즈마 프로브 장치의 배치]
다음으로, 플라즈마 프로브 장치(70)의 배치의 일례에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시 형태와 관련되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 대한 플라즈마 프로브 장치(70)의 배치의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태와 관련되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 처리 용기(1)의 측벽의 일부를 링 형상으로 분리하고, 그 원주 방향으로 동일 간격으로 복수의 개구부(1b)가 형성되고, 그들 개구부(1b)에 O링(73)을 사이에 두고 플라즈마 프로브 장치(70)가 각각 설치되어 있다. 복수의 개구부(1b)로부터는, 플라즈마 생성 공간 쪽에, 안테나부(71)를 코팅하는 Y2O3의 절연체의 막(76)이 노출되어 있다. 개구부(1b)는, 처리 용기(1)의 벽에 복수 개 마련되는 슬릿이더라도 좋다. 또, 개구부(1b)는, 처리 용기(1)의 측벽을 링 형상으로 분리시키지 않고서, 그 측벽에 형성되더라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 복수의 개구부(1b)는, 처리 용기(1)의 측벽의 원주 방향으로 마련되고, 각 개구부(1b)에 O링(73)을 사이에 두고 안테나부(71)가 유전체 지지 파츠(74a)에 의해 눌리도록 하여 각 플라즈마 프로브 장치(70)가 설치된다. 단, 플라즈마 프로브 장치(70)가 배치되는 부재는, 처리 용기(1)의 측벽에 한하지 않고, 처리 용기(1)의 천정벽 또는 탑재대(11)의 외주부 중 적어도 어느 한쪽에 설치할 수 있다.
예컨대, 도 5에 나타내는 바와 같이, 탑재대(11)의 외주부에서, 예컨대 원주 방향으로 동일 간격으로 복수의 개구부(1b)를 형성하고, 그들 개구부(1b)에 복수의 플라즈마 프로브 장치(70)를 설치하더라도 좋다.
또한, 처리 용기(1)의 천정벽, 즉 본체부(10)에서, 예컨대 원주 방향으로 복수의 개구부(1b)를 형성하고, 그들 개구부(1b)에 복수의 플라즈마 프로브 장치(70)를 설치하더라도 좋다. 천정벽에 플라즈마 프로브 장치(70)를 설치하는 경우에는, 안테나부(71)를 코팅하는 절연체의 막은, Y2O3의 대신에 Al2O3를 이용하더라도 좋다.
[플라즈마 프로브 장치의 측정]
이상에 설명한, 본 실시 형태의 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에서 생성한 플라즈마의 상태를 측정한 결과의 일례를 도 6에 나타낸다. 도 6의 위쪽의 전류 측정 결과의 그래프에 나타내는 전류치 I는, 플라즈마 프로브 장치(70)로부터 모니터 장치(80)를 거쳐서 제어 장치(3)에 전송되고, 제어 장치(3)의 마이크로프로세서(4)에 의해 FFT(푸리에 변환)된다. 이것에 의해, 도 6의 아래쪽의 그래프에 나타내는 바와 같이, 각 주파수에 대한 진폭 성분으로 변환된다.
플라즈마에서는, 소정의 전압에 대하여 지수함수적으로 전류가 흐른다. 측정한 전류치에는, 기본 주파수를 갖는 기본파의 성분과, 기본파에 대하여 파장이 2배인 제 1 고조파, 파장이 3배인 제 2 고조파 등의 고조파 성분이 포함되어 있다. 그래서, FFT에 의해 기본파 및 고조파의 진폭의 피크를 이용하여, 플라즈마 전자 밀도, 플라즈마 전자 온도를 산출할 수 있다. 또, FFT 후의 그래프의 "1ω"는 기본파의 성분을 나타내고, "2ω"는 제 1 고조파의 성분을 나타내고, "3ω"는 제 2 고조파의 성분을 나타낸다.
[플라즈마 전자 밀도 Ne/플라즈마 프로브 장치의 측정]
제어 장치(3)는, 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해 측정한 전류치의 FFT 후의 기본파 및 고조파의 진폭을 이용하여 플라즈마 전자 밀도 Ne 및 플라즈마 전자 온도 Te를 산출한다. 그 산출 방법의 일례를 간단하게 설명한다. 플라즈마 프로브 장치(70)의 전극(72)에 교류를 인가하면, 안테나부(71)에 (1)식에 나타내는 프로브 전류 ipr이 흐른다.
[수학식 1]
Figure 112018087709767-pat00001
여기서, e는 전자 소량, ns는 플라즈마 시스 표면의 전자 밀도,
Figure 112018087709767-pat00002
는 전자의 평균 속도, A는 안테나부(71)의 플라즈마에 접하고 있는 면적(다시 말해, 개구부(1b)의 면적), VBias는 프로브 인가 전압, Φp는 플라즈마 전위, Te는 플라즈마의 전자 온도, uB는 봄(Bohm) 속도이다. 또한, Vdc는 자기 바이어스 전압, V0은 모니터 장치(80)로부터 플라즈마 프로브 장치(70)에 인가하는 교류 전압(예컨대, 4V~5V)이다. (1)식을 제 1 종 변형 베셀 함수 Ik를 이용하여 변형하고, 프로브 전류 ipr을 (2)식과 같이 DC 성분과 AC 성분으로 분리한다.
[수학식 2]
Figure 112018087709767-pat00003
(2)식의 우변의 상단의 항은, 프로브 전류 ipr의 DC 성분이고, (2)식의 우변의 하단의 항은, cos(kωt)에 변수를 곱한 프로브 전류 ipr의 AC 성분이다. 프로브 전류 ipr의 DC 성분은, 안테나부(71)와 플라즈마의 사이에 흐르는 직류 전류를 나타낸다. 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)의 구성에서는, 안테나부(71)와 동축 케이블(81)은, 블로킹 콘덴서에 의해 DC적으로 접속되어 있지 않기 때문에, (2)식의 프로브 전류 ipr의 DC 성분은 0으로 한다. 그 결과, (3)식이 유도된다.
[수학식 3]
Figure 112018087709767-pat00004
(3)식을 푸리에 급수 전개하면 (4)식을 얻을 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018087709767-pat00005
(4)식의 좌변은, 실측치이고, 기본파(1ω)의 전류 i1ω의 진폭과의 제 1 고조파(2ω)의 전류 i2ω의 진폭의 비를 나타낸다.
(4)식의 우변은, 프로브 전류를 제 1 종 변형 베셀 함수로 전개했을 때의 기본파와 제 1 고조파의 비를 나타낸다.
따라서, (4)식으로부터, FFT에 의해 산출한, 기본파(1ω)의 진폭과 제 1 고조파(2ω)의 진폭의 비와, 실측치의 비로부터 플라즈마 전자 온도 Te를 산출할 수 있다. 또, V0은 모니터 전압(예컨대 4V)이다.
또한, 기본파(1ω)에 있어서의 전류 i1ω의 DC 성분을 (5)식에 나타낸다. (5)식은, 전류 i1ω의 DC 성분이기 때문에, 0이 된다.
[수학식 5]
Figure 112018087709767-pat00006
전류 i1ω의 AC 성분을 (6)식에 나타낸다.
[수학식 6]
Figure 112018087709767-pat00007
(6)식을 이용하여 산출한 기본파(1ω)에 있어서의 전류 i1ω의 절대치를 (7)식에 대입함으로써, 플라즈마 중의 이온 밀도 ni가 산출된다. 이온 밀도 ni는 플라즈마 전자 밀도 Ne와 동일하다. 이상으로부터, 플라즈마 전자 밀도 Ne가 산출된다.
[수학식 7]
Figure 112018087709767-pat00008
도 7의 그래프는, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해 측정한 플라즈마의 전자 밀도 Ne와, 비교예의 랭뮤어 프로브에 의해 측정한 플라즈마 전자 밀도 Ne의 전력 의존성을 비교한 결과의 일례이다. 본 그래프에 의하면, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해 측정한 경우와, 랭뮤어 프로브로 측정한 경우는, 플라즈마 전자 밀도 Ne의 전력 의존성은 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
도 8의 그래프는, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해 측정한 플라즈마의 전자 온도 Te와, 비교예의 랭뮤어 프로브에 의해 측정한 플라즈마 전자 온도 Te의 전력 의존성을 비교한 결과의 일례이다. 본 그래프에 의하면, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에 의해 측정한 경우와, 랭뮤어 프로브로 측정한 경우는, 플라즈마 전자 온도 Te의 전력 의존성은 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
다시 말해, 플라즈마의 전기적 특성의 측정 결과는, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)와 랭뮤어 프로브에서 거의 동일한 특성을 나타내고, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)는, 랭뮤어 프로브와 같게 기능하는 것을 확인할 수 있었다. 또, 랭뮤어 프로브에 의한 플라즈마의 전기적 특성의 측정의 일례가, 일본 특허 공개 2009-194032호 공보에 나타나 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 프로브 장치(70)에 의하면, 플라즈마 프로브 장치(70)의 내부에 가스가 침입하는 것을 회피하면서, 부유 전류의 발생을 막는 것이 가능한 극간(1d)을 갖는 안테나 구조를 구비한다. 이것에 의해, 측정 감도를 향상시켜, 신뢰성이 높은 플라즈마의 측정이 가능하게 된다. 또한, 가스가 침입하지 않는 구조로 함으로써, 플라즈마에 의한 플라즈마 프로브 장치(70)의 부식을 저감하고, 플라즈마 프로브 장치(70)의 성능의 저하를 회피할 수 있다.
[변형예]
플라즈마 프로브 장치(70)가 측정한, 안테나부(71)와 플라즈마의 사이에 흐르는 전류에 대하여 노이즈가 크면, 상기 신호로부터 노이즈 성분을 제외한 나머지의 신호의 정밀도가 나빠진다. 예컨대, 부유 전류가 커질수록 플라즈마 프로브 장치(70)가 측정한 상기 신호의 측정 감도 및 정밀도가 나빠진다.
O링(73)은 전기적으로는 커패시턴스로 생각할 수 있다. O링(73)에 의해 처리 용기(1)의 측벽과 안테나부(71)의 선단의 금속 사이를 떼고, 그 금속 사이를 전기적으로 접속하지 않도록 하면, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉할 때에 그 금속끼리가 근접하고, 누출 전류(부유 전류)가 커진다. 이것에 의해, 플라즈마 프로브 장치(70)의 측정 감도 및 측정 정밀도를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다.
그래서, 일 실시 형태의 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에서는, 부유 전류의 발생을 대략 0으로 하는 것이 가능한 구성을 갖는다. 도 9 및 도 10을 참조하면서 일 실시 형태의 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에 대하여 설명한다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)는, 안테나부(71)와 전극(75)과 유전체 지지부(74)를 갖는다. 안테나부(71)는, 처리 용기(1)의 측벽에 형성된 개구부(1b)에, O링(73)을 사이에 두고 설치된다. 전극(75)은, 안테나부(71)의 선단의 원반 형상 부재(71a)에 매설된다. 유전체 지지부(74)는, 안테나부(71)를 주위로부터 지지한다.
변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에서는, 안테나부(71)의 선단의 원반 형상 부재(71a)는 유전체에 의해 형성되어 있다. 예컨대, 원반 형상 부재(71a)는 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성되더라도 좋다. 따라서, 전극(75)은, 세라믹스의 원반 형상 부재(71a) 내에, 개구부(1b)로부터 노출되는 원반 형상 부재(71a)의 표면(71a1)의 근방에서 전극(75)이 노출되지 않도록 묻혀 있다. 이것에 의해, 개구부(1b)로부터 전극(75)이 노출되지 않기 때문에, 오염의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 변형예와 관련되는 플라즈마 프로브 장치(70)에서는, O링(73)이 배치된 처리 용기(1)의 측벽과 원반 형상 부재(71a)의 사이에 극간이 마련되어 있지 않다. 이것은, 처리 용기(1)의 측벽은 금속이고, 원반 형상 부재(71a)는 세라믹스이기 때문에, 양 부재는 전기적으로 도통하지 않는다. 따라서, 극간을 마련하지 않더라도 처리 용기(1)의 측벽과 원반 형상 부재(71a)가 전기적으로 접속하지 않는 상태를 만들 수 있기 때문이다. 이것에 의해, O링(73)의 부근으로부터 새는 부유 전류를 거의 0으로 할 수 있고, 플라즈마 프로브 장치(70)의 측정 감도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
플라즈마 프로브 장치(70)의 측정 감도를 높이기 위해서는, 전극(75)의 면적은 가능한 한 크게 취하는 것이 좋다. 한편, 소정의 프로브 특성을 얻기 위해서는, 전극(75)과 처리 용기(1)의 측벽의 금속은 겹치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
그래서, 도 9(a)를 ⅨB-ⅨB면으로 절단한 도면인 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 전극(75)은, 개구부(1b)의 가장자리로부터의 거리 W가 2~3㎜ 정도 떨어지도록 원 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전극(75)은, 메시 형상인 것이 바람직하다.
또, 개구부(1b)는, 원 형상으로 한정되지 않고, 직사각형이나 그 외의 형상이더라도 좋다. 전극(75)의 형상은, 개구부(1b)의 형상과 동일하거나 또는 유사하게 하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 전극(75)의 형상은, 개구부(1b)가 직사각형이면, 직사각형으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전극(75)은 개구부(1b)보다 안쪽에 형성되고, 그 사이즈는 개구부(1b)로부터 2㎜ 이상 떨어져 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 플라즈마 프로브 장치(70)와 처리 용기(1)의 벽의 사이의 정전 용량이 작아지고, 부유 전류를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 개구부(1b)로부터 노출되는 원반 형상 부재(71a)의 표면(71a1)이 세라믹스이기 때문에, 처리 가스에 의한 부식 내성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 개구부(1b)로부터 노출되는 원반 형상 부재(71a)의 표면(71a1)에, Y2O3막 등의 코팅은 불필요하다. 또한, 이러한 구성에서는, 처리 용기(1)의 측벽의 금속과 원반 형상 부재(71a)의 세라믹스의 사이의 이상 방전의 가능성을 매우 작게 할 수 있다. 또, 전극(75)은, 세라믹스로 형성된 원반 형상 부재(71a)에 묻어서 일체 소성할 수 있다.
원반 형상 부재(71a)의 표면(71a1)은, 개구부(1b)가 형성된 벽의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어간 위치에 배치되더라도 좋다. 또한, 표면(71a1)은, 볼록한 형상 또는 오목한 형상으로 만곡하더라도 좋다.
또한, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 원반 형상 부재(71a)의 표면(71a1)이, 개구부(1b)가 형성된 처리 용기(1)의 벽면과 동일 면 내에 있더라도 좋다. 또한, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 원반 형상 부재(71a)에, 개구부(1b)로부터 돌출하는 돌출부(71a2)를 마련하더라도 좋다. 이것에 의해서도, 플라즈마 프로브 장치(70)의 측정 감도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 원반 형상 부재(71a)가 세라믹스로 형성되어 있기 때문에, 돌출부(71a2)를 마련하더라도 이상 방전의 가능성은 매우 작다.
이상, 플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명과 관련되는 플라즈마 프로브 장치 및 플라즈마 처리 장치는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 발명과 관련되는 기판 처리 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입에서도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 기판의 일례로서 반도체 웨이퍼 W를 들어 설명했다. 그러나, 기판은, 이것에 한하지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판, CD 기판, 프린트 기판 등이더라도 좋다.
1 : 처리 용기
1b : 개구부
2 : 마이크로파 플라즈마원
3 : 제어 장치
10 : 본체부
11 : 탑재대
14 : 고주파 바이어스 전원
21 : 가스 도입부
22 : 가스 공급원
30 : 마이크로파 출력부
40 : 마이크로파 전송부
43a : 주연 마이크로파 도입부
43b : 중앙 마이크로파 도입부
44 : 마이크로파 전송로
50 : 마이크로파 방사 기구
52 : 외측 도체
53 : 내측 도체
54 : 슬래그
60 : 가스 공급 구멍
62 : 가스 확산실
70 : 플라즈마 프로브 장치
71 : 안테나부
71a : 원반 형상 부재
72, 75 : 전극
73 : O링
74 : 유전체 지지부
76, 77, 1c : 절연체의 막
80 : 모니터 장치
100 : 마이크로파 플라즈마 처리 장치
121, 131 : 유전체 천판
122, 132 : 슬롯
123, 133 : 유전체층
140 : 임피던스 조정 부재
U : 플라즈마 생성 공간

Claims (14)

  1. 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 안테나부와,
    상기 안테나부에 접속되는 전극과,
    유전체로 형성되고, 상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부
    를 갖고,
    상기 안테나부와 상기 벽 또는 상기 탑재대의 대향면을 소정의 폭으로 격리하고, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 상기 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는
    플라즈마 프로브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나부의 선단부는 원반 형상이고, 상기 선단부의 직경에 대한 상기 유전체 지지부의 깊이 방향의 치수는, 0.44~0.54의 범위 중 어느 값으로 형성되는 플라즈마 프로브 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나부의 선단면에 오목부 또는 볼록부 중 적어도 하나가 형성되는 플라즈마 프로브 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나부의 선단면은, 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 만곡하는 플라즈마 프로브 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나부의 선단면과, 상기 개구부의 주위의 상기 벽 또는 상기 탑재대의 면 중 적어도 상기 개구부로부터 상기 밀봉 부재까지의 영역은, Y2O3막에 의해 덮여 있는 플라즈마 프로브 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 지지부는, PTFE(polytetrafluoroethylene)에 의해 형성되어 있는 플라즈마 프로브 장치.

  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    원주 방향으로 배치된 복수의 상기 개구부에, 상기 밀봉 부재를 사이에 두고 복수의 상기 안테나부가 설치되는 플라즈마 프로브 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 개구부는, 원주 방향으로 동일 간격으로 배치되고, 슬릿 형상을 갖는 플라즈마 프로브 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 개구부는, 상기 처리 용기의 측벽, 상기 처리 용기의 천정벽 또는 상기 탑재대의 외주부 중 적어도 어느 한쪽에 마련되는 플라즈마 프로브 장치.
  10. 마이크로파 플라즈마원에 있어서의 출력부로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기 내에 방사하는 복수의 마이크로파 방사 기구와, 플라즈마 프로브 장치를 갖는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 플라즈마 프로브 장치는,
    상기 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 안테나부와,
    상기 안테나부에 접속되는 전극과,
    유전체로 형성되고, 상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체 지지부
    를 갖고,
    상기 안테나부와 상기 벽 또는 상기 탑재대의 대향면을 소정의 폭으로 격리하고, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 상기 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 상기 플라즈마 프로브 장치를 갖고,
    원주 방향으로 배치된 복수의 상기 개구부에, 상기 밀봉 부재를 사이에 두고 복수의 상기 안테나부가 설치되는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 처리 용기의 벽 또는 탑재대에 형성된 개구부에, 진공 공간과 대기 공간의 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 사이에 두고 설치되는 유전체의 안테나부와,
    상기 안테나부에 묻히는 전극과,
    상기 안테나부를 주위로부터 지지하는 유전체의 유전체 지지부
    를 갖고,
    상기 전극은, 상기 개구부보다 안쪽에 형성되어 있는
    플라즈마 프로브 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은, 상기 개구부로부터 2㎜ 이상 떨어져 있는 플라즈마 프로브 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 개구부로부터 노출되는 상기 안테나부의 면은, 상기 개구부가 형성된 상기 벽 또는 상기 탑재대의 플라즈마 생성 공간 쪽의 면보다 들어가 있는, 상기 면과 동일 면이거나 또는 상기 면보다 돌출하는 돌출부를 갖는 플라즈마 프로브 장치.
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